永磁发电机的制作方法

专利名称：永磁发电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种永磁发电机，该永磁发电机包括具有永久磁铁的转子，相对该转子配置的定子，以及相对于定子可回转运动地设置的控制磁通的磁通控制环。
背景技术：
在现有技术中，由于对于转子采用永久磁铁，所以，能够以简单的结构获得大的发电功率，近年来，将组装有这种发电机的系统作为汽车用发电机，风力发电机等使用的现象越来越多。永磁发电机，例如，在将所发出的电力送往电动机时，即使电压变化也能够充分发挥其功能，但在将这种电力与驱动汽车的所有装置的电池电压适合时，必须进行使电压变化与恒定电压相一致的操作。永磁发电机，为了使发电的电压恒定，必须用开关调节器进行将电力切碎的操作，但是，为了将大电流接通·断开，需要大型的功率晶体管，装置变得大型化，冷却损耗加大，价格增高，此外，为了使发电电压恒定，在将分割电力时，发生的脉动成为电波干扰的诱因，对于这种噪音的策略极其艰难。
现有技术的高输出交流发电·电动机是相应于旋转速度控制磁通密度，适宜地控制发电量，在转子和定子之间可相对旋转地配置控制环，并在控制环上设置能够接近和远离的导磁体(例如参照特开平7-236260号公报)。
众所周知，永磁发电机，由于磁通密度大，所以发电功率大，效率高，但当转子的旋转变快时，发电电压上升，不能获得恒定电压。因此，作为永磁发电机，为了使发电电压恒定，开发了在转子和定子之间配置与定子的梳部具有相同节距的梳齿状的可旋转的磁通控制环，在转子低速旋转时，使定子的梳部和磁通控制环的齿部一致地匹配，在定子高速旋转时，将定子的梳部和磁通控制环的齿部偏移，使得在两者之间产生大的空隙，增加磁路的磁阻而控制磁通的永磁发电机(例如，参照特开2002-281695号公报)。
此外，作为永磁发电机中的磁通控制装置，开发了形成沿周向方向等间隔地隔开设置的磁路控制用凹槽，该凹槽将圆筒构件的内周面成切口沿长度方向延伸，形成凹槽之间的凸出部的内周面与定子的外周面紧密接触而滑动移动的面的磁通控制装置。定子的线圈分成以不同的匝数卷绕到梳部上的多组线圈，例如，3组线圈组1U-1V-1W、2U-2V-2W以及3U-3V-3W。控制器响应于转子的转速，进行相对于圆筒构件的定子的位置控制，以及线圈组的串联和/或并联的连接的控制。控制器，例如，可以在高电压侧将线圈组串联连接，使之产生高电压，此外，在低电压大电流侧，可以将线圈组并联连接，使之在低电压下产生大电流。上述永磁发电机具有卷绕到定子上的组合式线圈，控制器的结构为，在获得高电压时，由从分割型线圈的中间引出的线输出，并随着转子的转速的增加，进行控制使得线圈的匝数减少(例如，参照特开2002-204556号公报)。
进而，作为永磁发电机·电动机的稳压装置，开发了具有对应于转子、定子及转子的两端、并且分别固定到定子的两端侧的机壳上的电磁铁线圈的稳压装置。该电压稳压装置由以构件构成沿轴向方向一直延伸到转子对应于电磁铁线圈的位置处的圆筒磁路构件，配置在其外周的导磁构件，以及配置在前述导磁构件的外周、沿轴向方向延伸且由沿圆周方向配置的多个中间夹杂有非磁性材料的、N极和S极交替地磁化的永磁铁板状片构成的永磁铁构件。线圈将定子沿周向方向分割成多个线圈组1U-1V-1W、2U-2V-2W以及3U-3V-3W，将每个狭槽偏移并可串联连接地卷绕到三相星形联结，线圈组的每一个线圈的端子的各个连接部与输出端子连接，利用控制器进行切换控制，相应于转子的转速使之输出不同种类的规定的输出电压(例如，参照特开2002-247819号公报)。
在现有技术中，使用与风力的变化无关、能够发出恒定电力的永磁交流发电机的风力发电装置是公知的。该风力发电装置，利用螺旋桨驱动旋转永磁交流发电机，将所发出的电力供应给交换器，换流器利用相对于和螺旋桨的转速成比例的频率的信号、具有规定的相位差的信号被控制，与风力的变化无关，能够输出恒定电力(例如，参照特开2001-190096号公报)。
但是，插入上述这种磁通控制环的永磁发电机存在以下问题。第一，由于在永磁构件和磁通控制环之间，夹杂有为了将永磁铁固定到转子上而安装的SUS304等非导磁性材料的保持管，存在着间隙，对于该磁路通路成为磁阻增大，磁通密度显著变小。第二，不管永磁铁的磁通大，有必要增大为了获得能够由该磁力而发电的高发电电压所需的线圈数，但能够存放该线圈的空间小。第三，为了进行磁通控制，构成定子的定子铁心的梳部的内侧齿部，与设置在磁通控制环的外侧的齿部的间隔，必须充分地一致。第四，在磁通的永磁铁发电机的定子的梳部之间的狭槽部的形状中，存在着在内侧开口、在外侧形成围绕全周的磁路的圆筒部，当在梳部之间卷绕上线圈时，由于线圈的紧固力会导致梳部的变形，狭槽部即梳部之间的间隔会偏移。第五，为了进行磁通控制，当使磁通控制环相对于定子移动时，不能充分确保磁通控制的效果。
近年来，汽车的用电量增加，与此同时电池增大，或者频繁发生电池破裂等事故，且被告戒这种现象会日益增加。此外，普及了汽车的动力转向装置，制动装置，导航，音响，IT设备等各种装置，汽车等移动物体的发电功率就存在不足。现有技术的汽车用发电机，一般是12V，80～100A，其输出为1～1.2kw，不能满足目前必需的耗电2kw的要求，这就是现状。此外，在汽车，预计在不久的将来所必需的消耗电力为2.5kw～4kw。
此外，现有技术的永磁发电机，由于磁力不变化，所以当发动机等驱动源的旋转变化时，转子的转速变化，发电电压变化，而不可能将其发电电力原封不动地用于机器中。例如，在汽车用发电机中，尽管将其电压规定在12V或24V，但在汽车用发动机中，转速从600rpm到6000rpm大幅度地变化。从而，在600rpm设定为12V的发电电压，在6000rpm时变化到120V，大部分电气机器都会因高电压遭到破坏。因此，汽车用发电机，不管发动机的转速经常变化与否，必须使输出电压保持恒定。
此外，在将风力发电机用于一般家庭的情况下，尽管在偏僻地区，沿海的民家中，存在着贵重的电力资源即风力，但目前的现状上还不能对其加以利用。此外，现在所开发的风力发电机，由于是极其大型的，所以建设费、维修等费用很高，不能推进其普及，处于在一般家庭中想利用风力也几乎不能利用的状况。因此认为，如果开发能够以廉价制造一般家庭中所使用的电能为3～5kw的高效率、尺寸小的风力发电机的话，就可以推进其普及。

发明内容
本发明的第一个目的在于，提供一种永磁发电机，其构成为，在借助发动机，风力，叶轮机等驱动源旋转的转子上设置永磁构件，设置相对于定子旋转移动的磁通控制环，在定子的梳状前端部与磁通控制环的梳状齿部的拐角部上分别设置倒角部，高精度可靠地进行形成在两者之间的成为磁路空隙的余隙的控制，即使转子的转速变化，也总是能够以规定的恒定电压的发电。
本发明涉及的永磁发电机，其特征在于，它包括转子，该转子配备有可旋转地支承在安装体上的旋转轴和在该旋转轴上沿周向方向配置多个永磁片的永磁构件；定子，该定子配备有卷绕到相对于前述转子固定到前述安装体上并且借助狭槽沿周向方向间隔设置的梳部上的线圈；磁通控制环，该磁通控制环与前述定子对置地设置、并且可摆动地安装到前述安装体上；致动器，该致动器使前述磁通控制环相对于前述定子旋转摆动；以及控制器，该控制器借助前述致动器使前述磁通控制环相对于前述定子旋转摆动、而控制通过磁路的磁通，在前述磁通控制环上，设置与前述定子对置的多个梳状齿部，在前述定子上，设置与前述梳状齿部对置、并且与前述梳状齿部对应数目的梳状前端部，在形成在前述磁通控制环的前述梳状齿部的周向方向的两个拐角部上的第一倒角部和形成在前述定子的前述梳状前端部的周向方向的两个拐角部上的第二倒角部之间，形成成为由前述控制器控制的磁路空隙的余隙。
前述磁通控制环由前述梳状齿部和连续体的圆筒部形成，前述梳状齿部位于前述定子的前述梳状前端部侧的、沿周向方向依次排列配置的前述梳状齿部，前述连续体的圆筒部位于前述转子侧、与前述梳状齿部成一整体地构成，前述第一倒角部和前述第二倒角部实际上分别形成45°的倒角。前述定子的前述梳状前端部和前述磁通控制环的前述梳状齿部的接触面形成相同的宽度，前述梳状前端部之间与前述梳状齿部之间的各自的凹槽的宽度，分别形成大于前述接触面的宽度。进而，当前述第一倒角部和前述第二倒角部之间的空隙设为t1，前述定子的前述梳状前端部和前述梳状齿部的底部之间的空隙设为t2，前述梳状齿部的前述底部的突起之间的空隙设为t3，以及，前述磁通控制环的前述梳状前端部和前述定子的桥部之间的空隙设为t4时，具有t3＜t1＜t2，t4的关系。
本发明的第二个目的在于，提供一种永磁发电机，由沿周向方向交替地配置导磁性部和非导磁性部而构成的、保持构成转子的永磁构件的保持管，使非导磁性部位于相邻的永磁构件的交接处，使磁通集中到对应于永磁构件的圆弧部分的中央部的定子的梳部上，抑制通过连接梳部的桥部的磁通的泄漏，确保利用磁通控制环进行磁通控制的充分的效果，抑制高速旋转时的电压上升，能够确保恒定电压。
该永磁发电机，前述安装体由机壳构成，前述定子在前述转子的外周侧固定到机壳上，前述磁通控制环配置在前述转子和前述定子之间；前述转子包括，前述旋转轴，沿前述旋转轴的周向方向呈环状固定的导磁性构件，邻接地配置在前述导磁性构件的外周上的前述永磁构件，以及用于保持前述永磁构件、与前述永磁构件的外周面接触并嵌合固定的保持管；前述保持管，沿长度方向延伸的导磁性金属板和沿长度方向延伸的非导磁性金属板沿周向方向交替地依次排列配置，在长度方向相互接合，前述非导磁性金属板分别位于邻接配置的前述永磁片的邻接交界部上。
前述导磁性金属板的宽度，实际上形成为前述非导磁性金属板的宽度的2倍的大小，前述导磁性金属板覆盖前述永磁片的圆周方向的宽度的65～85％。此外，前述导磁性金属板由铁素体，马氏体系不锈钢或者碳钢形成，前述非导磁性金属板由奥氏体系不锈钢形成。
构成前述保持管的前述导磁性金属板和前述非导磁性金属板交替地配置，且相互通过焊接接合，形成前述导磁性金属板和前述非导磁性金属板交替地位于周向方向上的圆筒状。此外，一个前述永磁片的圆弧面对应的前述导磁性金属板，对应地位于3个以上的前述定子的前述梳部，使得前述永磁构件的磁通集中到前述导磁性金属板上。
此外，前述磁通控制环通过将导磁性的硅钢片和/或镍-铁系合金板的板材层叠而构成，前述板材由树脂材料或陶瓷材料的绝缘构件相互粘结。
前述定子由构成内定子铁心的梳状圆筒构件和配合到前述内定子铁心的外周面上的构成外定子铁心的外筒构件构成；前述梳状圆筒构件由以下部分构成连接相邻的前述梳部的桥部，位于前述桥部的外侧、卷绕前述线圈的外侧梳部，以及位于前述桥部的内侧、与前述磁通控制环对置的内侧的前述梳状前端部。此外，前述定子为了提高前述线圈的填充率，将前述线圈通过前述梳状圆筒构件的前述梳部之间的外侧开口卷绕到前述梳部上之后，将前述外筒构件配合到前述梳状圆筒构件的外周面上。
前述梳状圆筒构件，将板材留下构成桥部的部分从两侧进行冲裁，形成由前述内侧梳部和前述外侧梳部构成的前述梳部，将前述板材弯曲成圆形，将其两端接合成形为梳状圆板构件，将前述梳状圆形板构件多个叠层而形成。此外，在构成前述定子的前述梳状圆筒构件的前述梳部与在对应于前述梳部的的部分上设置槽的前述外筒构件的配合面上，为了降低磁路的磁阻，注入埋设糊状铁粉。
本发明的第三个目的是，提供一种永磁发电机，该发电机在定子上设置连接梳部的桥部，在比桥部更偏向于半径方向外侧的梳部上卷绕线圈，在比桥部更偏向于半径方向内侧设置比梳部数目少的梳部即集中部，与定子的集中部对置，在相同数目的磁通控制环上形成磁通控制集中部，使得增多梳部的数目，进行大电压的发电，并使得减少集中部的数目，增大集中部和磁通控制集中部之间产生的空隙量，确保由磁通控制环进行的磁通控制的充分的效果，在低速时，调整集中部的齿部与磁通控制集中部的齿部，使其导磁性良好，能够发出大电压的电，抑制高速时的电压上升，能够确保恒定的电压。
这种永磁发电机，前述安装体由机壳构成，前述定子在前述转子的外周侧固定到前述机壳上，前述磁通控制环配置在前述转子和前述定子之间；前述定子具有将前述梳部的内周侧端部分别沿周向方向连接的桥部和从前述桥部的内周面向内侧延伸且比前述梳部的齿部的齿数少的齿数的集中部，前述集中部形成在前述梳状前端部上；此外，前述磁通控制环由薄板的叠层体构成，该薄板的叠层体具有与前述定子的前述梳状前端部的齿数对应的前述梳状齿部和分别沿周向方向连接前述梳状齿部的圆筒部。
此外，为了使前述永磁构件的退磁控制有效，前述定子的前述集中部的齿数形成为前述梳部的齿数的一半，前述1个集中部对应于2个前述梳部。
进而，薄板的叠层体构成筒状，该薄板的叠层体的构成为将前述定子的前述梳部的齿数形成36个，沿圆周方向形成36个前述狭槽，将前述磁通控制环的前述梳状齿部的齿数形成18个，使得1个前述梳状齿部对应于2个前述梳部。
将前述定子的前述集中部和前述磁通控制环的前述梳状齿部的前端面形成相同的宽度；前述集中部之间和前述梳状齿部之间的凹状槽分别形成比前述前端面的宽度大的宽度；前述控制器，在前述磁通易于通过的状态下，使前述前端面相互匹配，在将前述磁通退磁的情况下，使前述前端面处于相互偏移的状态，此外，在前述集中部与前述梳状齿部位于前述凹状槽的中央的状态下，在前述集中部与前述梳状齿部的各自的两侧，形成相同的空隙，将前述磁通最大地退磁。
前述永磁构件为了发出三相交流电，在前述旋转轴的周向方向配置6个或12个前述永磁片，构成6极或12极。此外，构成前述定子的定子铁心由外周侧开放型的内定子铁心和圆筒状的外定子铁心构成，该内定子铁心是由前述梳部、前述桥部及前述集中部组成的，该外定子铁心在内周面分别形成配合到前述梳部的外端部的配合槽，前述桥部的宽度形成为前述梳部的宽度的1/5以下的尺寸。
为了提高前述线圈的填充率，前述定子为将前述线圈通过前述内定子铁心的前述梳部之间的外侧开口卷绕到前述梳部上、将前述外定子铁心嵌合到前述内定子铁心的外周面上而构成的双重结构。此外，前述转子的构成为将外周面形成圆弧面的前述永磁片相邻地配置在沿前述旋转轴的周向方向呈环状固定的导磁构件的外周上；为了保持前述永磁构件，具有与前述永磁构件的外周面接触嵌合固定的保持管。进而，前述磁通控制环借助由控制器控制的作为致动器的步进马达或直流马达且通过蜗轮而旋转，开设前述集中部与前述梳状齿部的余隙，控制流向前述定子的磁通，使发电电压恒定。
本发明的第四个目的是，提供一种永磁发电机，所述发电机，分别将线圈卷绕到定子的梳部上，该梳部覆盖配置在旋转变动的转子上的永磁铁的N极、S极，将与N极和S极对应的线圈的卷绕方向相互相反地卷绕，在定子上卷绕由U、V及W相组成的多个线圈，将这些线圈并联连接的2种线圈组构成常用线圈和低速线圈，通过开关将常用线圈和低速线圈串联连接，当发动机的慢速等低速时，响应于中速时及高速时，控制开关的接通·断开，使得进行控制获得预先决定的恒定的发电电压，此外，使磁通控制环相对于定子旋转移动，控制磁通控制环与定子之间的空隙量，使得进行控制获得预先决定的恒定的发电电压。
这种永磁发电机，前述安装体由机壳构成，前述定子在前述转子的外周侧固定到前述机壳上，前述磁通控制环配置在前述转子和前述定子之间，卷绕到前述定子的前述梳部上的前述线圈具有常用线圈和低速线圈；该常用线圈将与前述永磁构件的N极对抗的U、V及W相的3个N线圈，和与该N线圈的卷绕方向相反地卷绕的、与前述永磁构件的S极对抗的U、V及W相的3个S线圈分别并联连接；该低速线圈将与前述永磁构件的N极对抗的U、V及相3个N线圈，和与该N线圈的卷绕方向相反地卷绕的、与前述永磁构件的S极对抗的U、V及W相的3个S线圈分别并联连接；前述低速线圈通过第一开关分别连接于前述常用线圈，前述低速线圈的输出端子分别连接到负载上，前述常用线圈的输出端子通过第二开关分别连接到前述负载上。
此外，前述常用线圈和前述低速线圈的前述U、V及W相的前述N线圈和前述S线圈是电角度偏移120度那样地分别卷绕到前述定子的前述梳部之间。
前述控制器响应于驱动旋转前述转子的发动机等驱动源在怠速等的低速运转进行控制，使得3个前述第一开关接通，3个前述第二开关断开。此外，前述控制器响应于前述驱动源的中速运转进行控制，使得3个前述第一开关断开，3个前述第二开关接通。进而，前述控制器响应于前述驱动源的高速运转进行控制，使得3个前述第一开关断开，前述第二开关中的任何一个接通，其余的开关断开。
前述磁通控制环形成圆筒状的整体，将沿周向方向间隔配置且具有比前述定子的前述梳部之间的前述狭槽的宽度小的宽度的、截面为方形的梳状齿部，与形成在连接相邻的前述梳状齿部的桥部上的非导磁部的凹部交替地排列配置而成。此外，构成前述定子的定子铁心由内定子铁心和外定子铁心构成，其中，该内定子铁心由为了形成狭槽而沿周向方向间隔配置的梳部，连接相邻的前述梳部的桥部，以及从前述桥部向内侧延伸的沿圆周方向间隔配置的梳状集中部构成，该外定子铁心配合插入到前述内定子铁心的外侧，形成磁路。
本发明的第五个目的是，提供一种永磁发电机，该永磁发电机，使用多极永磁式转子，即使在风车低转速时，也能够以预先决定的电压发电，设置在磁路中通过空隙的大小增减磁力、控制磁通的磁通控制环，对应于风力从低速到高速的旋转变动，发出恒定电压的电，在低速时确保额定输出，在高速时，能够获得由风力得到的最大输出，由于控制装置只需简单的磁通控制环的机械摆动即可，没有电流的接通-断开，所以，没有电波干扰，极其容易使用，包括发电效率、增速传输效率的综合效率，与现有技术的发电机相比，能够确保2倍的数值。
这种永磁发电机，前述安装体由配备安装部的轴构成；前述定子安装到前述轴上；前述定子配备有面向前述定子的外周侧、可旋转地支承在前述轴上的旋转支承体，固定在前述旋转支承体上的圆筒状磁轭构件，以及，在前述圆筒状磁轭构件的内侧沿周向方向配置的多个前述永磁片；前述磁通控制环可摆动地安装在前述轴上；在前述转子的前述圆筒状磁轭构件的外面，设置用于安装风力叶轮机的风力叶轮机安装部。
前述定子的前述梳部具有在外侧开口的向外开的开口，前述定子的前述齿状前端部构成为在内侧由凹状槽间隔设置，并使得流过相邻的2个前述梳部的磁通集中起来；相邻的前述齿状前端部通过桥部连接，为了抑制前述梳部之间的磁通流，前述桥部形成比前述梳部的宽度薄的厚度。
前述转子的前述旋转支承体由可旋转地支承在前述轴上的一对组成，前述磁轭构件由位于前述旋转支承体之间的导磁性材料形成圆筒状，前述永磁片在前述磁轭构件的内面侧沿周向方向间隔配置，沿轴向方向延伸且内周面形成圆弧面。
前述磁通控制环由松配合到前述轴上的内周侧的圆筒状磁轭部，和沿前述圆筒状磁轭部的周向方向间隔配置、向外延伸且具有与前述定子的前述梳状前端部的齿数相同齿数的前述梳状齿部形成，前述磁通控制环位于前述定子的最内侧，可摆动地配置在前述轴和前述定子之间，以形成构成前述定子的前述梳部之间的前述磁路的部分。此外，在前述磁通易于通过前述磁路的情况下，前述接触面处于相互匹配状态；在前述磁通难以通过前述磁路退磁的情况下，前述接触面处于相互偏移的状态；在前述梳状前端部与前述梳状齿部相互位于前述凹状槽的中央的状态下，在前述梳状前端部与前述梳状齿部的各自的两侧，形成相同的空隙，将前述磁通最大地退磁。
使前述磁通控制环相对于前述定子摆动的前述致动器，由固定到前述磁通控制环上的摆动杆，由与设置在前述摆动杆上的齿轮啮合的蜗杆组成的蜗轮，以及驱动旋转前述蜗杆的马达构成。此外，前述磁通控制环，利用由前述控制器控制驱动的前述致动器，通过前述蜗轮旋转摆动，改变前述梳状前端部与前述梳状齿部的前述余隙，控制通过前述定子的前述磁路的前述磁通，将发电电控制在恒定电压。
这种永磁发电机，如上所述，由于在定子的梳状前端部和磁通控制环的梳状齿部的拐角部上分别形成倒角部，能够准确地高精度地形成成为在两者之间形成的磁路空隙的余隙，所以，能够高精度地准确地进行该余隙量的控制，调整从转子的永磁构件流向定子的梳部的磁通，即使转子的转速变动，也总是能够准确地发出预先决定的恒定电压的电，此外，由于对于空隙，具有t3＜t1＜t2，t4的关系，所以，在磁通控制环移动时，由于磁力流过空隙t3从N极漏到S极，所以可提高磁通控制效果。
这种永磁发电机，由于具有上述结构，所以，从永磁构件的磁力通过导磁性良好的铁素体系金属，而通过磁通控制环的梳部的齿部，磁力集中到对应于永磁构件的圆弧部的正中央部分的定子的梳部。在用桥部连接梳部型的定子铁心中，由于相对于圆弧部的两个侧面的部分的定子的梳部，由桥部与邻接的梳部连接，所以，通过桥部发生磁力泄漏。如上所述，通过将磁力从永磁构件的中心部分流到定子上，能够抑制从桥部的磁通的泄漏，因此，优选地，沿永磁构件的周向方向，将导磁性金属板的宽度设定成圆弧面的实际上的2/3程度的尺寸。换句话说，优选地，使导磁性金属板的宽度形成为非导磁性金属板的宽度的2倍。
这种永磁发电机，如上所述，由于用导磁性金属板和非导磁性金属板形成保持管，设定将非导磁性金属板位于永磁片之间，所以，构成定子铁心的内定子铁心由梳部和连接该梳部的桥部构成，导磁性金属板使磁通集中，防止磁通通过桥部泄漏，能够利用磁通控制环适宜地控制磁通。
这种永磁发电机，如上所述，由于将定子铁心构成设有连接梳部的桥部的形状，所以，能够容易地使梳部及集中部的齿数不同，即，用连接梳部的桥部和从该桥部向内侧延伸的齿数少的集中部构成定子，用与前述集中部的齿数对应的磁通控制集中部和连接该磁通控制集中部的圆筒部构成磁通控制环，所以，将梳部设置得多，在低速时能够发出大电压的电，将集中部和磁通控制集中部形成得大，能够形成大空隙，能够由磁通控制环容易而适宜地控制从永磁构件通向定子的磁通的退磁，例如，能够容易而准确地将发电电压控制在恒定电压，因此，通过磁通控制能够使电压恒定，所以，没有电流的断续，在开关调节器上没有必要使用大型的晶体管，能够以极低的成本抑制由于电流的断续引起的噪音的产生。
这种永磁发电机，如上所述，加大定子梳部的齿数，加大线圈的匝数，借此，在转子低速旋转时，能够获得大电压，此外，使定子的集中部的齿数比梳部的齿数少，能够确保在磁通控制环的磁通控制集中部之间产生的大空隙，能够提高磁通控制的效果。
这种磁通控制型发电机，由于制成在定子铁心上配备有桥部的形状，将梳部之间形成向外侧开放型，所以，以桥部为交界，与卷绕多个线圈用的定子铁心的梳部的齿数相比，能够形成少的控制磁通用的定子铁心的集中部的齿数，加大定子与磁通控制环的余隙，能够增大磁通控制区域，只通过磁通控制环的旋转运动就能够设定成适宜的状态。
这种永磁发电机优选地适用于小型发电机，在小型发电机中，由于转子的直径小，所以，磁通控制环的外直径也变小，在使磁通控制环相对于定子摆动时，若将定子的梳部和集中部制成相同的齿数，在将集中部和磁通控制环的磁通控制集中部偏移的情况下，在两者之间产生的余隙，即空隙不会变大，但如果使用这种永磁发电机，由于定子的集中部比梳部齿数少，所以，在两者之间产生的余隙，即空隙变大，能够容易、准确地并且高精度地进行从永磁构件通向定子的磁通密度的控制，能够提高磁通控制效率。
这种永磁发电机，如上所述，在发动机的转速小的慢速等低速运转时，使得电流流过常用线圈和低速线圈而获得输出，确保规定的电力，在发动机的转速为中速运转时，使得电流流过常用线圈而获得输出，确保规定的电力，此外，在发动机高速运转时，使得电流流过任意一个常用线圈而获得输出，确保电力，进而，为了使发电电压成为预先规定的恒定电压，可以使磁通控制环动作，进行磁通的控制。即，这种永磁发电机，响应于转子的转速，切换卷绕到定子上的多个线圈的连接状态，发出规定的电压的电力，进而，响应于电压传感器的检测值，改变磁通控制环相对于定子的旋转角度，确保预先决定的恒定电压。
这种永磁发电机，如上所述，由于构成将定子固定到安装风车的轴上，将转子外置于定子的外周侧，将磁通控制装置置于轴侧的独特的结构，所以，能够缩小发电机本身的尺寸，降低制造成本，特别是，风力速度极低时，当然在高速时在磁路上设置磁阻大的空隙，通过将增减空隙，将端子电压控制得恒定，即使在低速旋转时，也可以使发电效率在90％以上，传输效率在95％以上。
这种永磁发电机，将发电机制成永磁铁式，将转子的发电极数，例如，设12极以上，增加线圈数，减少阻抗，能够提高低速下的发电能力，利用磁通控制作为永磁发电机的最大课题的由于旋转速度的变动引起的电压的大幅度变化的特性的磁通控制装置，能够使电压恒定，即使风力速度极低，也能够使发电电压恒定，此外，为了摆动构成磁通控制装置的磁通控制环而增减磁路的空隙，采用小型直流马达，步进马达等致动器的独特的结构，设置使发电电压恒定的简单的磁通控制装置。
这种永磁发电机，在发电效率90％以上，传动效率95％以上，风力叶轮机效率在35％以上的情况下，可以实现综合效率30％，在风力(风速)为10m/s，直径为5m的风车中，确保4kw以上的发电功率(输出)，风力15/s时，确保12kw以上的发电功率(输出)，能够降低装置本身的成本，大幅度降低整个风力发电机的成本。此外，该磁通控制型风力发电机，例如，可以构成尺寸为直径259mm以下，长度300mm以下的小型结构，使得可以根据使用条件选择100V、200V等发电电压，变换器、蓄电器等装置使用已有的装置，恒定电压不必用开关调节器等，能够输出恒定电压的直流电力。
这种永磁发电机，制成小型的，在风速极低时，能够输出200V以上的4.5kw程度的恒定电压，将发电机本身构成必要尺寸的永磁铁和向定子上卷绕最佳的线圈结构或磁路磁阻少的结构，同时，通过在磁路的中途，设置调整导磁率最小的空隙、控制通过磁路的磁通的装置，可以完成发电效率在90％以上的、不存在增速装置的风力发电机。
这种永磁发电机，如上所述，在风力速度低时，即使转子以低速旋转，也能够以高效率获得高输出。这种永磁发电机是将磁通控制型发电机适用于风力发电机的，考虑到风力叶轮机效率，增速齿轮效率及发电效率的综合效率为30％。即，由于该永磁发电机发电效率为90％，不需要增速装置，无需开关调节器等控制装置，所以，大幅度改进其效率，其值可以和大型机的满载工作时相匹敌。其结果是，这种永磁发电机相对于相同的输出，可以将风车的直径缩小到2/3，从风力的低速到高速的整个区域内，以恒定电压发电，提高发电效率和性能。


图1是表示根据本发明的永磁发电机的第一个实施例的简略剖面图。
图2是表示在图1的永磁发电机中，使磁通控制环的齿部与定子的梳部相匹配的状态的剖面图，(A)是图2的符号A部分的放大图。
图3是表示制作构成图1的永磁发电机中的转子的保持管的原料的说明图。
图4是表示在图1的永磁发电机中的磁通控制环的动作状态，表示定子的梳部与磁通控制环的齿部匹配的不控制磁通的状态的放大说明图。
图5是表示在图1的永磁发电机中的磁通控制环的动作状态，表示定子的梳部与磁通控制环的齿部不匹配的控制磁通的状态的放大说明图。
图6是简略地表示根据本发明的磁通控制型发电机的第二个实施例的剖面图。
图7是图6的磁通控制型发电机，是卸下叶片时的侧视图。
图8是放大地表示图6的磁通控制型发电机中致动器的附近的侧视图。
图9是表示图6的磁通控制型发电机的磁通控制环的动作状态，是表示不控制定子的集中部与磁通控制环的磁通控制集中部的匹配状态的磁通的状态的放大说明图。
图10表示图6的磁通控制型发电机的磁通控制环的动作状态，是表示将定子的集中部与磁通控制环的磁通控制集中部的非匹配状态的退磁磁通的状态的放大说明图。
图11是表示根据本发明的永磁发电机的第三个实施例的轴向方向的剖面图。
图12表示在图11的永磁发电机中的B-B断面上的剖面，表示圆筒构件移动到不缩小磁通的位置时的剖面图。
图13是表示在如11所示的永磁发电机中，磁通控制环旋转移动到缩小磁通的位置上时的说明图。
图14是表示卷绕到定子铁心上的线圈的说明图。
图15是表示线圈的连接状态的电路图。
图16是说明响应于发动机的驱动状态切换线圈的开关的接通·断开的说明图。
图17是说明利用永磁发电机发电的电压的图解。
图18是表示根据本发明的磁通控制型风力发电机的第四个实施例的剖面图。
图19是将图18的磁通控制型风力发电机的一部分剖开表示的侧视图。
图20是表示在图19的磁通控制型风力发电机的区域C内的磁通控制环与定子的关系的放大说明图，(A)表示将通过定子的磁通缩小的状态的剖面图，(B)是表示不将通过定子的磁通缩小的状态的剖面图。
具体实施例方式
下面参照附图，说明根据本发明的永磁发电机的第一个实施例～第四个实施例。在第一个实施例～第四个实施例中，对于具有相同功能的部件，使用相同的术语，在各实施例中，即使相同术语，标号也不同，在第一个实施例中，在标号上附加尾标a，在第二个实施例中附加尾标b，在第三个实施例中附加尾标c，在第四个实施例中附加尾标d，对于同样的结构，省略其重复说明。
首先，参照图1～图5，说明根据本发明的永磁发电机所第一个实施例。在第一个实施例中，本发明中所说的安装体由机壳1a构成。
这种永磁发电机，设有控制流过构成定子4a的定子铁心15a的梳部10a的磁通用的磁通控制环7a。在本实施例中，如图1及图2所示，永磁发电机由以下部分构成安装定子4a的机壳1a，通过一对轴承13a分别可旋转地支承在机壳1a上的旋转轴2a，由固定到旋转轴2a上的永磁构件5a构成的转子3a，配置在转子3a的外周侧且固定到机壳1a上的定子4a，在定子4a的内周围侧能够相对于定子4a移动地安装的磁通控制环7a，以及，使磁通控制环7a相应于转子3a的旋转速度相对定子4a相对移动的致动器25a。机壳1a，例如，由两侧的一对机壳主体1Aa、1Ba和相互连接两个机壳主体1Aa、1Ba的螺栓36a构成。在图1中，定子铁心15a的外定子铁心、即圆筒构件的环状磁轭构件17a的两端夹入到机壳主体1Aa、1Ba之间。此外，在旋转轴2a上，例如，在旋转轴2a的一个端部上，固定成为输入的皮带轮47a，在皮带轮47a上，虽然图中没有示出，但悬挂安装到发动机的输出轴上的皮带。
此外，在旋转轴2a的另一个端部上，安装为了对在转子3a和定子4a上产生的热进行散热用的冷却风机(图中未示出)。在转子3a的导磁型构件6a和机壳1a上，形成流动由冷却风机产生的冷却风的通风孔28a、37a。定子4a由薄板叠层形的定子铁心15a，以及卷绕到定子铁心15a上的线圈14a构成，其中，所述定子铁心15a由在沿周向方向可形成规定间隔的狭槽部11a而间隔配置的作为内定子铁心的梳状圆筒构件30a，和作为外定子铁心的环状磁轭部17a构成。梳状圆筒构件30a由梳部10a和连接梳部10a的桥部31a构成，所述梳部10a由内侧梳部32a和外侧梳部33a构成。线圈14a位于形成在梳部10a上的外侧梳部33a之间的狭槽部11a处，卷绕到外侧梳部33a上，为了成形固定线圈14a，在狭槽部11a内填充非磁性材料54a。
线圈14a，例如，可以由卷绕到定子4a的定子铁心15a的梳部10a上的匝数多的高电压侧线圈38a，以及卷绕到梳部10a上的匝数少的低电压侧线圈39a构成。在定子铁心15a上的狭槽部11a和梳部10a的内周侧，在接触状态且能够相对于定子4a摆动移动地配置磁通控制环7a。磁通控制环7a，可以通过轴承可自由旋转或摆动地安装到机壳1a上，或者不使用轴承，通过可自由旋转地在接触状态配合到定子铁心15a上，能够相对于定子铁心15a旋转地安装到机壳1a上。
这种永磁发电机，特别是，在转子3a的结构上具有特征。转子3a包括具有安装到旋转轴2a的外周面上的冷却用通风孔28a的导磁构件6a，配置在导磁性构件6a的外周面上的永磁构件5a，以及固定到永磁构件5a上的由导磁性和非导磁性构成的保持管16a。保持管16a是沿长度方向延伸的导磁性金属板20a和沿长度方向延伸的非导磁性金属板21a沿周向方向交替地依次沿长度方向接合配置的，非导磁性金属板21a分别位于邻接配置的永磁构件5a的永磁片19a的邻接交界部52a处，即，位于非磁性材料的位置处。
对于保持管16a，导磁性金属板20a的宽度的实际大小形成非导磁性金属板21a的宽度的2倍，换句话说，导磁性金属板20a覆盖即包上永磁片19a的圆周方向的宽度的65～85％。导磁性金属板20a由铁素体，马氏体系不锈钢或者碳钢制作。此外，非导磁性金属板21a由奥氏体系不锈钢制作。保持管16a通过交替配置导磁性金属板20a和非导磁性金属板21a，在熔敷部34a处相互焊接而接合，导磁性金属板20和非导磁性金属板21a沿周向方向相互交替地设置，形成板构件18a，其次，将板构件18a制作成形为圆筒状。
此外，在一个永磁片19a的圆弧面的外周面27a对应的导磁性金属板20a上，对应地设置3个以上的定子4a的梳部10a，构成将永磁构件5a的磁通集中到导磁性金属板20a上的结构。此外，磁通控制环7a由位于定子4a的梳部10a侧、沿周向方向依次排列配置的齿部8a，以及位于转子3a侧、与齿部8a成为整体地构成的连续体的圆筒部9a构成。在梳部10a上，在其周向方向的两端上加上实际上成45°倒角的倒角部51a，此外在齿部8a上，在其周向方向两端上，加上实际上成45°倒角的倒角部50a。磁通控制环7a将导磁性的硅钢片、镍-铁系合金板的板材叠层构成，板材用树脂材料或陶瓷材料的绝缘构件粘结。
构成定子4a的定子铁心15a，为了提高线圈的填充率，形成在梳状圆筒构件30a上，所述梳状圆筒构件30a由使其具有内侧梳部32a和外侧梳部33a的桥部31a相互连接，在将线圈14a从外侧开口，即从向外敞开的外侧开口53a卷绕到梳状圆筒构件30a的梳部10a之间之后，将用外筒构件构成的环状磁轭构件17a的外定子铁心配合到梳状圆筒构件30a的内定子铁心的外周面上构成。例如，将板材保留成为桥部31a的部分的情况下，冲裁两侧，形成由内侧梳部32a和外侧梳部33a构成的梳部10a，将板材弯曲成圆形接合两端，成形为梳状圆板构件(图中未示出)，梳状圆筒构件30a由上述梳状圆板构件叠层成多层形成。在构成定子4a的梳状圆筒构件30a的内定子铁心与由外筒构件构成的环状磁轭构件17a的外定子铁心的配合面35a上，即，如图2(A)中放大表示的标号A的部分所示，在梳状圆筒构件30a的梳部10a与对应于梳部10a的部分上设置槽56a的外筒构件的配合面35a上，为了降低磁路的磁阻，注入埋设糊状铁粉55a。
永磁构件5a由沿周向方向间隔配置的、配置成极性交替不同的状态且沿轴向方向延伸永磁片19a，和夹杂在相邻的永磁片19a之间的非磁性材料(图中未示出)构成。永磁片19a的外周面27a形成圆弧面，沿周向方向配置多个永磁片19a。此外，非磁性材料由不会因线圈14a的发热熔融损坏的耐热性材料构成。此外，导磁性构件6a，例如，将导磁材料和非磁性材料沿周向方向交替地配置，形成沿轴向方向延伸的圆筒状。
这种永磁发电机，用轴承13a将构成转子3a的旋转轴2a的两端可旋转地支承在机壳1a上。转子3a将固定螺母42a通过压板41a拧入到形成在旋转轴2a的一端上的螺纹40a上而固定一端，旋转轴2a的另一端通过垫圈46a用轴承13a固定。通过垫圈43a将螺母44a拧入到形成在一端上的螺纹49a上，将轴承13a固定到旋转轴2a的一端上。在旋转轴2a的另一端上，配置驱动旋转转子3a的皮带轮47a，皮带轮47a通过将螺母48a拧入形成在旋转轴2a的另一端上的螺纹49a上加以固定。此外，在磁通控制环7a和转子3a之间，形成尽可能小的间隙22a。
这种永磁发电机包括在定子4a和转子3a之间、相对于定子4a可相对旋转移动、即摆动地配置的调整磁通密度而控制电压的磁通控制环7a，使磁通控制环7a相对于定子4a通过杆26a摆动的致动器25a，以及响应于转子3a的旋转速度控制磁通控制环7a的摆动量的控制器(图中未示出)。磁通控制环7a形成在由外周侧与定子4a的梳部10a相同数目、用凹部12a间隔开并且能够与梳部10a接触的作为导磁性突起部的导磁部、即齿部8a，以及在内周侧将齿部8a相互连接的圆筒部9a构成的环状连续体上。
此外，磁通控制环7a的齿部8a，沿周向方向间隔配置、且形成具有比定子4a的梳部10a之间的狭槽部11a的宽度小的宽度的截面大致为方形的形状，齿部8a的外表面23a在与梳部10a的内表面24a对置状态下能够接触地构成。此外，在定子铁心15a的梳部10a上，在其内周端面的拐角部形成倒角部51a，此外，在磁通控制环7a的齿部8a上，在其外周端面的拐角部形成倒角部50a。进而，磁通控制环7a为了使在齿部8a和圆筒部9a的交界上的磁通流动顺滑，将形成在齿部8a上的凹部12a的拐角部形成在R部上。磁通控制环7a的齿部8a，转子3a侧的内侧部形成构成周向方向宽度展宽的伸出的R部。从而，磁通控制环7a的圆筒部9a起着使从永磁构件5a来的磁通流顺滑、降低磁通泄漏的集磁部的功能。
控制器构成为通过磁通控制环7a相对于定子4a的摆动，控制齿部8a的外表面23a与梳部10a的内表面24a的对置面积，即接触面积的量。根据控制器的指令致动器25a动作，和杆26a的小齿轮29a螺纹配合的设置在磁通控制环7a上的齿条摆动，当磁通控制环7a相对于定子4a相对摆动时，调整齿部8a的外表面23a与梳部10a的内表面24a的紧密接触状态，控制从磁通控制簧7a的齿部8a流向定子铁心15a的梳部10a的磁通。例如，在转子3a低速时，如图4所示，控制器使致动器25a动作，进行控制使齿部8a与梳部10a的接缝变成匹配状态，此外，当转子3a高速时，如图5所示，使致动器25a动作而进行控制，使齿部8a向梳部10a之间的狭槽部11a移动，使与梳部10a对置的面积减少。此外，控制器以使转子3a相对于定子4a的旋转速度，即频率f与流过定子4a的梳部10a的磁通φ的乘积(＝f×φ)恒定的方式，通过致动器25a使磁通控制环7a摆动，进行发电的控制，使之发出预定的规定的恒定电压。通过控制器的控制，磁通控制环7a移动，在磁通控制环7a的齿部8a位于定子铁心15a的梳部10a之间的状态，如图5所示，在梳部10a的倒角部51a与齿部8a的倒角部50a之间，高精度地形成间隙S，成为从转子3a流向定子4a的磁通最受抑制的状态。从而，利用这种磁通控制型的发电机，在大多数情况下，令电压恒定，通过利用变换器建立驱动所需的频率的电流，直接使永磁电动机动作是更加有效的。但是，作为这种发电机的输出，必须输出恒定的电压。
其次，参照图6～图10，说明根据本发明的永磁发电机的第二个实施例。在第二个实施例中，本发明中所说的安装体由机壳1b构成。
这种永磁发电机设置有控制流过构成定子4b的定子铁心15b的梳部10b的磁通用的磁通控制环7b。例如，机壳1b由相互连接机壳主体1Ab、1Bb的螺栓等构成，将构成定子铁心15b的外定子铁心17b的两端夹持到机壳主体1Ab、1Bb之间。此外，致动器25b安装到设置在机壳主体1Bb上的支承托架64b上。
转子3b，其一端通过压板52b将螺母51b拧入到形成在旋转轴2b上的螺纹(图中未示出)上，固定到旋转轴2b上。转子3b的另一端，在与轴承37b之间，通过垫圈53b、54b、压板52b等固定到旋转轴2b上。在机壳主体1Bb上，设置由轴承37b可旋转地支承的端板60b。磁通控制环7b安装到固定在端板60b上的支承托架59b上。此外，该永磁发电机构成为，通过设置在机壳主体1Ab、1Bb上的凸缘部36b固定到其它零件上。
在图6中，在旋转轴2b上，在其一个端部上，通过增速机35b设置成为输入的皮带轮34b。在皮带轮34b上，架设安装到发动机的输出轴上的皮带。在图6中，与旋转轴2b平行地延伸的输入轴44b，由轴承47b可旋转地支承在机壳1b上，皮带轮34b利用螺母55b固定到输入轴44b的一端上。如图6所示，增速机35b由设置在输入轴44b上的输入齿轮46b及设置在旋转轴2b的一个端部上的的输出齿轮45b构成。此外，冷却风机33b，由于将对在转子3b和定子4b上产生的热进行散热，在旋转轴2b的另一个端部上，与轴承37b之间介入垫圈57b用螺母56b固定。在作为转子3b的导磁性构件的磁轭6b上，形成由冷却风机33b产生的冷却风流动的通风孔39b(图9、图10)。在机壳1b上，形成由冷却风机33b产生的冷却风流动的通风孔38b(图6)。
此外，这种永磁发电机在磁通控制环7b与转子3b之间，形成尽可能小的间隙40b。定子4b由薄板叠层形的定子铁心15b和卷绕到定子铁心15b上的线圈18b构成，所述定子铁心15b，由梳状圆筒构件的内定子铁心16b和环状磁轭部外定子铁心17b构成，所述内定子铁心16b间隔设置，使得沿周向方向形成规定间隔的狭槽11b，所述外定子铁心17b将配合固定到内定子铁心16b上的薄板叠层而成。内定子铁心16b包括设置在半径方向的外侧的梳部10b，分别沿周向方向连接梳部10b的内周侧端部的桥部14b，以及从半径方向的外侧，即从桥部14b的内周面向内侧延伸的、齿数比梳部10b的齿数少的集中部的梳状前端部12b。为了成形固定卷绕的线圈18b，在狭槽11b内填充树脂等非磁性材料61b。
线圈18b，例如，可以由卷绕到定子4b的定子铁心15b的梳部10b上的匝数多的高电压侧线圈，以及卷绕到梳部10b上的匝数少的低电压侧线圈构成。磁通控制环7b可以通过轴承可自由旋转或摆动地安装到机壳1b上，或者，不使用轴承，通过将其在可自由旋转地接触状态配合到定子铁心15b上，相对于定子铁心15b可旋转地安装。
转子3b包括配备有安装到旋转轴2b的外周上的冷却用通风孔39b的导磁构件的磁轭6b，配置在磁轭6b的外周上的永磁构件5b，以及固定在永磁构件5b的外周面上、配合固定永磁构件5b的保持管24b。转子3b，具体地说，外表面形成圆弧面41b的永磁片19b邻接地配置在沿旋转轴2b的周向方向固定成环状的磁轭6b的外周上，具有用于保持永磁构件5b的、与永磁构件5b的外表面接触并与之配合固定的保持管24b。永磁构件5b，为了进行三相交流发电，例如，由配置在固定到旋转轴2b上的外周面为六角形(或者，图中未示出，12角形)的磁轭6b的周向方向的6个(或者，图中未示出，12个)永磁片19b，和介于永磁片19b之间的非磁性材料42b构成，构成6极或12极。永磁片19b的外表面形成圆弧面41b，且内表面形成平面，与沿旋转轴2b的周向方向固定成环状的磁轭6b的角形的外周面接触地配置。
这种永磁发电机，特别是，定子铁心15b的形状有其特征，其构成在于，定子4b为了提高线圈18b的填充率，增多内定子铁心16b上的梳部10b的齿数。内定子铁心16b包括卷绕线圈18b的梳部10b，分别沿周向方向连接梳部10b的内周侧端部的宽度窄的桥部14b，以及从桥部14b的内周面向内侧延伸并且齿数比梳部10b的齿数少的梳状前端部12b。磁通控制环7b由具有梳状齿部8b和桥部9b的薄板多个叠层而成的叠层体构成，该梳状齿部8b是对应于内定子铁心16b的梳状前端部12b的齿数的外周侧的磁通控制集中部，该桥部9b是将梳状齿部8b分别沿周向方向连接起来的内周侧的圆筒部。进而，在磁通控制环7b的两端，分别设置端部环构件66b和环状的端部板67b，使得夹持薄板叠层体。端部环构件66b和环状端部板67b利用支承棒65b，通过焊接或螺纹等相互接合，该支承棒65b沿周向间隔120°配置，由配置在梳状齿部8b之间的凹部凹状槽部43b上的3个非磁性材料的固定用轴构成。3个支承棒65b由非磁性材料间隔设置，构成为不会使感应电流流过。构成磁通控制环7b的端部环构件66b通过端板60b由致动器25b驱动摆动。在磁通控制环7b的桥部9b与转子3b的保持管24b的外周面之间，形成尽可能小的间隙40b。磁通控制环7b由导磁性硅钢片、镍一铁系合金板材叠层构成，板材由树脂材料或陶瓷材料的绝缘材料接合。
这种永磁发电机，如图9和图10所示，例如，为了使永磁构件5b的退磁控制有效，定子4b的梳状前端部12b的齿数为定子4b的梳部10b的齿数的一半，一个梳状前端部12b对应于两个梳部10b。这种永磁发电机，从整体上看，例如，形成36个定子4b的梳部10b的齿数，沿周向方向形成36个狭槽11b，此外，形成18个磁通控制环7b的梳状齿部8b的齿数，构成为一个梳状齿部8b对应两个梳部10b。此外，在这种永磁发电机中，例如，在6极、36个狭槽发电机的情况下，对应于一个永磁片19b的圆弧面41b对应地位于6个内定子铁心16b的梳部10b。进而，至少在梳状齿部8b上，根据情况而定，在内定子铁心16b的梳状前端部12b的齿的周向方向的两端上，例如形成30°～45°的倒角部21b，当磁通控制环7b移动时，打开最大的余隙，即空隙S，能够高精度且准确地进行空隙S的尺寸调节。
在这种永磁发电机中，作为定子4b的梳状前端部12b的前端面的内周侧的内表面31b和作为磁通控制环7b的梳状齿部8b的前端面的外周侧的外表面32b，分别形成相同的宽度，如图9所示，处于匹配状态。此外，梳状前端部12b之间的凹部13b和梳状齿部8b之间的凹状槽43b的宽度，为了不使磁通饱和，分别形成大于上述前端面的宽度。在不将从永磁构件5b通向定子4b的磁通退磁的状态下，如图9所示，处于前端面相互重叠匹配的状态。在将从永磁构件5b通向定子4b的磁通退磁的情况下，通过将梳状前端部12b的前端面与梳状齿部8b的前端面偏移来达到。此外，如图10所示，在梳状前端部12b与梳状齿部8b位于凹状槽13b、43b的中央的状态下，在梳状前端部12b和梳状齿部8b的各自的两侧形成相同的空隙S，处于将从永磁构件5b通向定子4b的磁通最大地被退磁的状态。在这种永磁发电机中，例如，由试验结果确认，当空隙S为1mm时，能够达到15％左右的磁通退磁效果，此外，在空隙S为3mm时，能够达到60％以上的磁通退磁效果。从而确认，从永磁构件5b通向定子铁心15b的磁通的退磁效果，由如何确保形成在梳状前端部12b和梳状齿部8b之间的空隙S的大小来决定。
这种永磁发电机，为了进行三相交流发电，例如，如图9和图10所示，沿旋转轴2b的周向方向配置6个永磁构件5b，或者图中没有示出的，配置12个永磁片19b，构成6极或12极。构成定子4b的定子铁心15b由外周侧开放式的内定子铁心16b和圆筒状的外定子铁心17b构成，该内定子铁心16b由梳部10b、桥部14b及梳状前端部12b构成，该外定子铁心17b在内周面63b上形成分别配合到梳部10b的外周侧端部62b上的配合槽22b。定子4b，为了将线圈18b卷绕到梳部10b，使得线圈18b的填充率提高，在将线圈18b通过内定子铁心16b的梳部10b之间的外侧开口23b卷绕到梳部10b之后，将外定子铁心17b配合到内定子铁心16b的外周面上而构成。将外定子铁心17b向内定子铁心16b上的配合，通过将梳部10b的端部62b插入配合外定子铁心17b的配合槽22b内而达到。
在这种永磁发电机中，利用电位器50b可以很容易检测出磁通控制环7b相对于定子4b的位置，该位置信息输入到控制器，响应于该信息利用控制器，作为致动器25b的步进马达30b动作，通过一种蜗轮26b使磁通控制环7b旋转，使得控制从永磁构件5b通向定子4b的磁通密度，使发电电压恒定。致动器25b，例如，步进马达30b的输出轴通过齿轮传动装置48b旋转蜗杆轴29b，设置在蜗杆轴29b上的螺旋齿轮的蜗杆27b旋转。蜗杆轴29b通过轴承49b可自由旋转地支承在机壳1b的支承托架64b上。磁通控制环7b由支承托架58b、59b及端板60b可旋转地支承在机壳1b上。在支承托架58b上，设置啮合到蜗杆27b上的蜗杆啮合部28b(蜗轮的一部分)。当通过蜗杆27b的旋转，蜗杆啮合部28b摆动即旋转时，使得磁通控制环7b追随蜗杆啮合部28b的旋转，相对于定子4b旋转即摆动。
例如，图中没有示出，通过保留板材的构成桥部14b和梳状前端部12b的部分，冲裁其两侧，将冲裁的板材弯曲成圆形，将两端接合，形成梳状圆板构件，内定子铁心16b将上述多个梳状圆形构件叠层而形成。在构成定子4b的内定子铁心16b和由外筒构件形成的外定子铁心17b的配合面上，在内定子铁心16b的梳部10b与梳部10b对应的部分上设置配合槽22的外定子铁心17b的配合面上，通过注入埋设降低磁路磁阻用的糊状铁粉，可以形成良好的磁路。
永磁构件5b由沿周向方向间隔开、以极性交替地不同的状态配置的、且沿轴向方向延伸的永磁片19b，以及夹杂在相邻的永磁片19b之间的非磁性材料构成。永磁片19b的外表面形成圆弧面41b，且内表面形成平面，沿周向方向配置多个。树脂等非磁性材料由不会被线圈18b的发热而熔化损坏的耐热性材料构成。此外，导磁性构件的磁轭6b，例如，将导磁材料和非磁性材料沿周向方向交替地配置，沿轴向方向延伸而形成圆筒状。
这种永磁发电机，响应于转子3b的旋转速度，根据控制器(图中未示出)的指令，使致动器25b动作，使磁通控制环7b相对于定子4b摆动，控制从永磁构件5b通向定子4b的磁通，例如，使之发出恒定电压的电。即，这种永磁发电机，根据控制器的指令，使磁通控制环7b相对于定子4b摆动，控制梳状齿部8b的前端面的外表面32b与梳部10b的前端面的内表面31b的对置面积，即接触面积。当根据控制器的指令，使致动器25b动作，设置在磁通控制环7b上的蜗杆啮合部28b的支承托架58b摆动，磁通控制环7b相对于定子4b相对摆动时，调整梳状齿部8b的外表面32b与梳状前端部12b的内表面31b的紧密接触状态，控制从磁通控制环7b的梳状齿部8b流向定子铁心15b的梳状前端部12b的磁通。
例如，控制器在转子3b低速时，如图9所示，致动器25b动作，进行梳状齿部8b与梳状前端部12b的接缝成为匹配状态的控制，此外，在转子3b高速时，如图10所示，致动器25b动作，使磁通控制环7b旋转，使梳状齿部8b与梳状前端部12b移动，使之相互偏移，并使凹状槽13b、43b对置，进行退磁磁通的控制，能够使之以恒定电压发电。即，控制器通过致动器25b使磁通控制环7b摆动，进行发电的控制，使之发出预定的规定的恒定电压，使得作为转子3b相对于定子4b的旋转速度的频率f与流过定子4b的梳部10b的磁通φ的乘积(＝f×φ)恒定。从而，通过控制器的控制，磁通控制环7b移动，在磁通控制环7b的齿部8b位于定子铁心15b的梳部10b之间的凹状槽13b的状态下，如图10所示，在梳状前端部12b的倒角部21b与梳状齿部8b的倒角部20b之间，高精度地形成间隙S，从转子3b流向定子4b的磁通，处于最受抑制的状态。
其次，参照图11～图17，说明根据本发明的永磁发电机的第三个实施例。在第三个实施例中，本发明中所说的安装体由机壳1c构成。
这种永磁发电机，如图11所示，由以下部分构成存放转子3c和定子4c的同时构成磁路的一部分的机壳1c，分别通过一对轴承13c可旋转地支承在机壳1c上的旋转轴2c，由固定到旋转轴2c上的永磁构件5c构成的转子3c，从转子3c的外周间隔设置并固定到机壳1c上的定子4c，以及在定子4c的内周侧相对于定子4c可相对旋转地、通过轴承(图中未示出)可旋转地安装到机壳1c上的磁通控制环7c，以及使磁通控制环7c根据转子3c的驱动状态相对于定子4c相对移动的电磁阀或马达等致动器25c。定子4c固定到机壳1c上，包括将线圈14c卷绕到梳部10c之间的狭槽11c。转子3c可旋转地支承在机壳1c上，包括沿周向方向间隔配置的永磁构件5c。磁通控制环7c配置在定子4c与转子3c之间的间隙23c上，能够相对于定子4c相对旋转而控制磁通。机壳1c，例如如图所示，由两侧的一对主体部1Ac、1Bc，和连接它们的螺栓36c构成，在主体部1Ac和1Bc之间，配置构成外定子铁心的环状磁轭构件17c。此外，环状磁轭构件17c由机壳1c的主体部1Ac、1Bc从两侧支承。磁通控制环7c，例如，图中没有示出，通过轴承可自由旋转地支承在机壳1c上，且相对于定子4c可旋转移动地支承。
定子4c由定子铁心15c和卷绕到定子铁心15c上的线圈14c构成。定子铁心15c由梳状圆筒构件20c和环状磁轭构件17c构成，该梳状圆筒构件20c构成由叠层薄板等形成的内定子铁心，该环状磁轭构件17c构成梳状圆筒构件20c的梳部10c位于凹部并配合固定的外定子铁心。梳状圆筒构件20c由以下部分形成由在外周部呈梳齿状沿周向方向处于间隔配置状态的梳部10c，形成在梳部10c之间的狭槽11c，连接邻接的梳部10c用的沿周向方向延伸的桥部58c，以及，沿内周向内延伸的沿周向方向间隔配置的梳状集中部21c。进而，磁通控制环7c沿周向间隔配置，且在与定子4c的梳部10c相对的突起的齿部8c的拐角部，设置倒角部56c的同时，在齿部8c的凹部12c的底部之间，设置比倒角部56c之间的空隙小的空隙。此外，这种永磁发电机，当定子4c的梳部10c的倒角部57c与磁通控制环7c的齿部8c的倒角部56c之间的空隙设为t1，定子4c的梳部10c的前端与齿部8c的底部之间的空隙设为t2，齿部8c的底部的突起59c之间的空隙设为t3，以及磁通控制环7c的齿部8c的前端与定子4c的桥部58c之间的空隙设为t4时，具有t3＜t1＜t2，t3＜t1＜t4的关系，即，t3＜t1＜t2，t4的关系。此外，这些空隙t1，t2，t3，t4形成磁路空隙。
转子3c，例如，包括配置在旋转轴2c的外周上的导磁构件6c，配置在导磁构件6c的外周面上的永磁构件5c，以及固定到永磁构件5c的外周面上的非磁性的保持管16c。永磁构件5c由沿周向方向间隔状态配置、且沿轴向方向延伸的永磁片19c，以及介于邻接的永磁片19c之间的非磁性构件22c构成。此外，转子3c的永磁构件5c，配备有6个圆弧状的永磁片19c，相当于60°。构成转子3c的永磁构件5c的永磁片19c是，沿周向方向邻接的永磁片19c交替不同的磁极即N极和S极交替地配置而排列的。
在转子3c的一端上，将固定螺母52c通过压板51c拧入设置在旋转轴2c上的螺纹50c上，在另一端夹杂压板45c和垫圈46c，通过夹紧固定螺母52c，将转子3c固定到旋转轴2c的规定位置上。此外，旋转轴2c，例如，通过其一端经由垫圈43c将螺母44c拧入到旋转轴2c的螺纹49c上的方式，通过轴承13c可自由旋转地支承在机壳1c上。成为位于旋转轴2c的端部的输入的皮带轮47c，将螺母48c拧入固定到旋转轴2c的螺纹49c上，在皮带轮47c上架设安装在发动机的输出轴上的皮带。在磁通控制环7c与转子3c之间，形成间隙23c。
在这种永磁发电机中，如图14所示，卷绕到定子4c的梳部10c上的线圈14c由能够通电U、V及W相的三相电流的多个线圈N1～N3，S1～S3构成。U相用线圈用N1-U，N2-U，N3-U，S1-U，S2-U及S3-U表示。V相用线圈用N1-V，N2-V，N3-V，S1-V，S2-V及S3-V表示。W相用线圈用N1-W，N2-W，N3-W，S1-W，S2-W及S3-W表示。这些线圈N1～N3，S1～S3，如图15所示，构成并联连接的两种线圈组的常用线圈37c、38c、39c和低速线圈40c、41c、42c。此外，常用线圈37c、38c、39c和低速线圈40c、41c、42c，如图15所示，通过第一开关27c、28c、29c，用线24c串联连接。当然，第一开关27c、28c、29c，在图15中，与设置在线53c上用虚线表示的位置处的27c’、28c’、29c’是一样的。常用线圈37c、38c、39c的位于低速线圈40c、41c、42c的相反侧的端子通过线18c分别连接到中性点35c上。低速线圈40c、41c、42c通过线53c连接到低速侧的负载33c上，此外，常用线圈37c、38c、39c通过第二开关30c、31c、32c，经由线54c连接到高速侧负载34c上。这里，为了方便起见，将负载分成低速侧负载33c和高速侧负载34c表示，但这些负载是相同的负载。进而，设置在这种永磁发电机上的控制器，响应于发动机、燃烧器等驱动源为怠速等低速运转时，中速运转时及高速运转时，控制第一和第二开关27c～32c的接通·断开，进行控制使得永磁发电机能够以预先规定的恒定电压进行发电。
在这种永磁发电机中，卷绕到定子4c的梳部10c上的线圈，如图15所示，由于N极和S极相互向相反方向卷绕，N极和S极的线圈并联连接，所以，电流向同一个方向流动。此外，在这种永磁发电机中，例如，常用线圈37c～39c和低速线圈40c～42c，如图15所示，，分别并联连接于转子3c的永磁构件5c的永磁片19c的N极对抗、作为U、V及W相的三相N线圈的N1、N2、N3，以及永磁构件5c的永磁片19c的S极对抗卷绕的、作为U、V及W相的三相S线圈的S1、S2、S3。常用线圈37c～39c与低速线圈40c～42c的U、V及W相的N线圈(N1、N2、N3)和S线圈(S1、S2、S3)，如图14所示，电角度偏移120度(120°)，分别卷绕到定子4c的梳部10c之间。在图14中，N线圈(N1、N2、N3)和S线圈(S1、S2、S3)，为了说明起见，其长度不同，但具体地线圈本身的长度几乎相同，电角度分别偏移120°。具体地说，定子4c的定子铁心15c，备有沿周向方向间隔设置的梳状的36个梳部10c和梳部10c之间的36个狭槽11c。
在该永磁发电机中，如图16所示，控制器响应于旋转驱动转子3c的发动机等的驱动源的怠速等的低速运转，进行将3个第一开关27c～29c接通，将3个第二开关30c～32c断开的控制。此外，控制器响应于旋转驱动转子3c的发动机等的驱动源的中速运转，进行将3个第一开关27c～29c断开、将3个第二开关30c～32c接通的控制。进而，控制器响应于旋转驱动转子3c的发动机等的驱动源的高速运转，进行将3个第一开关27c～29c断开、将3个第二开关30c～32c中的任何一个(即，30c、31c或32c)接通、将其它两个断开的控制。
此外，这种永磁发电机，其特征在于，它可以可以进行控制，使磁通控制环7c相对于定子4c旋转移动，控制磁通控制环7c与定子4c之间的空隙量，以便能够获得预先规定的恒定的发电电压。旋转驱动磁通控制环7c的致动器25c由备有固定到磁通控制环7c的端部的杆26c的电磁阀或马达等构成。例如，在用马达形成致动器25c的情况下，可以使形成在杆26c的前端上的蜗杆在磁通控制环7c的一端伸出的套筒55c上与蜗轮啮合，使致动器25c动作旋转杆26c，通过套筒55c使磁通控制环7c旋转移动。或者，在用电磁阀形成致动器25c的情况下，可以将杆26c的前端固定到从磁通控制环7c的一端延伸出来的套筒55c上，使致动器25c动作进退杆26c，通过套筒55c使磁通控制环7c旋转移动，但在这种情况下，优选构成为设置复位弹簧，当解除电磁阀的加载时，使磁通控制环7c恢复到原来的位置。控制器可以是如下构成，用位置传感器选定磁通控制环7c的多个位置，进行使电磁阀的杆26c移动且使磁通控制环7c稍微旋转移动的控制。致动器25c，由于将一端固定到磁通控制环7c上的杆26c，其另一端穿过电磁阀，所以，通过控制流向电磁阀的线圈的电流，杆26c进出，磁通控制环7c稍微进行正转或反转，梳状部8c和非导磁部的凹部12c的位置相对于定子4c的梳部10c移动，例如，利用位置传感器确认杆26c的位置，使附加到电磁阀上的电压变化。当向电磁阀施加大的电压时，由于移动进行驱动力增加，所以，通过进行使电压变小的电压控制，能够使磁通控制环7c停止在所期望的位置。此外，由于在磁通控制环7c上设置有复位弹簧，所以，磁通控制环7c总是处于相应于电磁阀的加载及不加载决定相对于定子4c的位置的状态。
磁通控制环7c形成圆筒状的整体，沿周向方向依次配置有沿周向方向间隔配置、具有比定子4c的梳部10c之间的狭槽11c的宽度小的宽度的、截面为四角形的梳状齿部8c，连接邻接的梳状齿部8c的桥部9c，形成在梳状齿部8c之间的非导磁部的凹部12c。将磁通控制环7c的梳状齿部8c的周向方向的宽度，设定成比构成定子4c的定子铁心15c的梳部10c之间的狭槽11c的宽度小的宽度。梳状齿部8c在截面为四角形的半径方向外周侧的两个拐角部形成倒角部56c，在梳状齿部8c对应于定子4c的狭槽11c的位置处，由倒角部56c，形成与定子4c的梳部10c的半径方向内周侧的两个拐角部之间预先决定的规定量的余隙，即上述空隙t1。此外，在定子4c的梳部10c的两个拐角部，形成倒角部57c，空隙t1成为形成于梳状齿部8c的倒角部56c与定子4c的梳部10c的倒角部57c之间的磁路空隙。在利用致动器25c控制磁通控制环7c的旋转移动时，在磁通控制环7c上，将移动方向的上下游的一个余隙和另一个余隙，控制成相同程度的余隙量。
在这种永磁发电机中，磁通控制环7c的外周面能够与定子4c的梳部10c的内周面紧密接触并滑动，配置成能够相对于定子4c相对旋转，利用致动器25c使磁通控制环7c相对于定子4c相对地稍微旋转，改变磁通控制环7c相对于定子4c的位置，使通过梳部10c的磁通变化，控制发电功率。形成在磁通控制环7c的梳状齿部8c的倒角部56c和定子铁心15c的倒角部57c之间的余隙，通过利用致动器25c使磁通控制环7c的梳状齿部8c相对于定子铁心15c的梳部10c相对移动而形成。
这种永磁发电机，如图17所示，在发动机等驱动源低速运转时，将第一开关27c～29c接通，且将第二开关30c～32c断开，在低速线圈40c～42c和常用线圈37c～39c上通电，发出直线A的电力，为了获得恒定电压，控制磁通控制环7c，获得恒定的电压(例如，25V)。此外，在发动机等驱动源中速运转时，将第一开关27c～29c断开，且接通第二开关30c～32c，将在常用线圈37c～39c上通电，发出直线B的电力，控制磁通控制环7c，获得预先决定的规定的恒定电压，例如25V的恒定电压。进而，在发动机等驱动源高速运转时，将第一开关27c～29c断开，且将第二开关30c～32c中的任何一个接通，将另外两个断开，在常用线圈37c～39c中的任何一个上通电，其它两个不通电，发出直线C的电力，控制磁通控制筐7，获得预先决定的规定的恒定电压，例如25V的恒定电压。
其次，参照图18～图20说明根据本发明的永磁发电机的第四个实施例。在第四个实施例中，本发明中所说的安装体由轴4d构成。
这种永磁发电机，特别是作为磁通控制型风力发电机适用，其特征在于，固定定子2d，转子1d为配置在定子2d的外侧的外置，磁通控制装置3d配置在轴4d和定子2d之间的独特结构的构成。这种永磁发电机，主要由以下部分构成具备固定在安装底座(图中未示出)上的安装部5d的机壳49d，具备机壳49d的由钢铁等材料制成的轴4d，安装在轴4d上的定子2d，在定子2d的外周侧、具备可旋转地支承在轴4d上且沿轴向方向延伸、配置在周向方向的多个永磁铁6d的转子1d，利用摆动量引起的空隙S的大小、即空隙量的变化控制通过可摆动地安装在轴4d上的磁路的磁通的磁通控制环7d，为使磁通控制环7d相对于定子2d摆动而安装到轴4d上的致动器8d，以及设置在转子1d的外周面上且利用螺栓等固定机构安装风力叶轮机(图中未示出)的风力叶轮机安装部9d。永磁铁6d，在其外周面和内周面上，N极和S极以交替的方式，分别反向配置。
转子1d由以下部分构成在其两端、通过轴承27d可旋转地支承在轴4d上的一对圆筒状旋转支承体10d，由位于旋转支承体10d之间的导磁性材料制成的圆筒状的导磁性磁轭构件13d，配置在导磁性磁轭构件13d的内侧的周向方向、且内外周面形成圆弧面的多个永磁铁6d，配置在永磁铁6d之间的非磁性材料38d，为了固定支承多个永磁铁6d、配置在永磁铁6d的内周面侧的支承环43d，以及安装在导磁性磁轭构件13d的外表面上的风力叶轮机安装部9d。当然，如果永磁铁6d相互充分保持，也不一定必须设置支承环43d。将形成规定尺寸，例如直径为5m的风车，即风力叶轮机(图中未示出)利用螺栓等固定装置，安装到风力叶轮机安装部9d上。也可以在导磁性磁轭构件13d的外表面上，加装设置风力叶轮机安装部9d用的由非磁性材料制成的机壳，将风力叶轮机安装部9d直接安装到上述机壳上。
定子2d在其两端，由一对支承托架40d分别安装到轴4d上，在与转子1d之间具有微小的间隙42d地配置在转子1d的内周侧，由定子铁心11d和卷绕到定子铁心11d上的线圈12d构成。定子铁心11d由以下部分构成形成外周侧具有开口51d的向外敞开的T字部50d、并以狭槽16d间隔开设置的梳部17d，在内周侧间隔设置并且将流过相邻的两个梳部17d的磁通集中起来的梳状前端部15d，为了抑制连接相邻的梳状前端部15d的磁通流动、厚度比梳部17d的宽度薄的桥部14d。此外，定子2d由在狭槽16d中，卷绕到梳部17d上的线圈12d构成。线圈12d通过向外敞开的狭槽16d，可以很容易并且很密地从外侧卷绕到梳部17d上。在梳部17d的外周侧形成T字部50d，使梳部17d和永磁铁6d之间的磁通流动顺滑。特别是，桥部14d在连接相邻的梳状前端部15d的同时，为了抑制流过梳部17d之间的磁通流动，形成比梳部17d的宽度小的厚度，例如，形成约为1/3～1/5左右的薄的厚度。
磁通控制环7d，配置在轴4d和定子2d之间的间隙内，由通过间隙以松配合的状态配置在轴4d的外周面上的作为圆筒部的磁轭部41d和从磁轭部41d的外周面以规定的间隔向外延伸的齿状的磁通控制前端部18d形成。磁通控制前端部18d形成与定子2d的梳状前端部15d的齿数相同的齿数。在定子2d的前端部15d与磁通控制环7d的磁通控制前端部18d上，构成为在周向方向的两端上，分别形成倒角部19d、20d，通过磁通控制环7d的摆动，能够高精度地形成在两者之间形成的间隙S。磁通控制环7d，为了形成磁路，磁轭部41d和磁通控制前端部18d由导磁材料构成。此外，在由磁通控制环7d的磁轭部41d形成的磁路不足时，优选地，轴4d至少与磁通控制环7d对置的区域用硅钢片构成。在这种磁通控制型风力发电机中，磁力沿以下路径流动，转子1d的永磁铁6d→定子2d的T字部50d→梳部17d→梳部17d的梳状前端部15d→磁通控制环7d的齿状前端部18d→磁通控制环7d的磁轭部41d→齿状前端部18d→梳部17d→T字部50d→永磁铁6d→磁轭构件13d。
这种永磁发电机，与定子2d的前端部15d和磁通控制环7d的磁通控制前端部18d的接触面，即，前端部15d的内表面34d和磁通控制前端部18d的外表面35d，形成相同的宽度，前端15d之间和磁通控制前端部18d之间的凹状槽21d、22d的宽度，分别形成大于上述接触面的宽度。这种磁通控制型风力发电机，在将磁路的磁通退磁的情况下，如图20的(A)所示，使磁通控制环7d摆动，使得前端部15d和控制前端部18d的接触面处于相互偏移的状态，此外，在使磁通易于通过磁路的情况下，如图20的(B)所示，借助致动器8d的动作，使磁通控制环7d摆动，使得前端部15d和控制前端部18d的接触面相互处于匹配状态。此外，在前端部15d和磁通控制前端部18d位于凹状槽21d、22d的中央的状态下，在前端部15d和磁通控制前端部18d的各自的两侧形成相同的空隙S，处于将磁通最大地退磁的时刻。
使磁通控制环7d摆动的致动器8d，由直流马达、步进马达等马达48d及传输马达48d的旋转的传输装置组成，该传输装置由连接到马达48d的输出轴上的蜗杆轴36d，由设置在蜗杆轴36d上的蜗杆25d及与蜗杆25d啮合的齿轮24d构成的蜗轮26d，以及设置齿轮24d且固定到磁通控制环7d的端部上的摆动杆23d构成。当致动器8d按照控制器的指令使马达48d可逆地旋转时，使设置在蜗杆轴36d上的齿轮24d可逆地旋转，借助齿轮24d的可逆旋转，使摆动杆23d摆动。因此，响应于摆动杆23d的摆动运动，磁通控制环7d摆动规定的量，如图20(A)和图20(B)所示，磁通控制环7的相对于定子2d摆动，控制通过定子铁心11d的磁通。即，磁通控制环7d，利用由控制器控制的作为致动器8d的马达48d，通过蜗轮26d旋转，在前端部15d和控制前端部18d空出余隙S，控制通向定子2d的磁通，使发电电压恒定。
这种永磁发电机，根据以下原因决定目标值的设定。
(1)一般家庭中日常使用的电力为3.5kw左右，在夜间的电气装置的维持电力预计为1kw的程度，当设定风力发电机的设备利用率为0.25时，全部使用电力的大约一半的电力可以由风力供应。
(2)令风力发电机的翼的直径在5m以下，为一般家庭可以设置的大小，为了使之输出4kw，可以将综合效率设定在30％以上。
(3)将设备利用率设定在0.25，为了在向电力公司购买所供应的电力的情况下，使之相当于7年所使用的电力价格，例如，有必要使风力发电机的成本在70万日元以下。
(4)为了实现发电机的低成本化，维修费用的降低，开发磁通控制装置，力图其简化。此外，对发电机的线圈采取措施，根据使用条件进行100V、200V的设定，例如，在发电机设置在风力大的丘陵上的情况下，为了减少配线耗损，以200V发电，在使用电力的场所，将电压下降到100V。
这种永磁发电机，设置磁通控制环7d，该磁通控制环7d用于控制流过构成定子2d的定子铁心11d的梳部17d的磁通，例如，发电机本身可以构成为尺寸在250mm以下、长度在300mm以下的小型发电机，风力叶轮机的直径可以形成为5m程度，能够作为一般家庭用等的小型发电机设置。转子1d，例如，将两侧的一对圆筒状旋转支承体10d和圆筒状旋转支承体10d之间的导磁型磁轭构件13d用螺栓等连接起来而构成。圆筒状旋转支承体10d由端部侧的小直径部28d和与小直径部28d成一整体的中央侧的大直径部29d构成，一对小直径部28分别通过轴承27d和密封构件47d可旋转地支承在轴4d上。在一侧的旋转支承体10d的小直径部28d的端部上，利用螺钉31d安装压板30d，此外，另一侧的旋转支承体10d的小直径部28d的端部，利用由螺钉等固定到位于轴4d的端部上的环状部32d上的筒状压紧构件33d，限制小直径部28d沿轴向方向的移动。在筒状压紧构件33d上，安装端板45d，利用设置在端板45d上的支承销46d，可自由旋转地支承旋转轴39d。
这种永磁发电机，作为定子2d的前端部15d的接触面的内周侧的内表面34d，与作为磁通控制环7d的齿状的磁通控制前端部18d的接触面的外周侧的外表面35d，分别形成相同的宽度，如图20所示，成为匹配状态。此外，前端部15s间的凹状槽21d与磁通控制前端部18d间的凹状槽22d的宽度，分别形成大于接触面的宽度，使得不会磁饱和。在不将从永磁铁6d通向定子2d的磁通退磁的状态下，如图20(B)所示，处于接触面相互重合的匹配状态。将从永磁铁6d通向定子2d的磁通退磁的状态，如图20(A)所示，通过将前端部15d的接触面与磁通控制前端部18d的接触面偏移来达到。此外，如图20(A)所示，在前端部15d和磁通控制前端部18d位于凹状槽21d、22d的中央的状态下，在前端部15d和磁通控制前端部18d的各自的两侧形成相同的空隙S，成为从永磁铁6d通向定子2d的磁通最大地被退磁的状态。
在这种永磁发电机中，由试验结果确认，例如，在空隙S为1mm时，可以到达15％程度的磁通的退磁效果，此外，在空隙S为3mm时，可以达到60％以上的磁通的退磁效果。从而确认，从永磁铁6d通向定子2d的磁通的退磁效果，由如何确保形成在前端的15d与磁通控制前端部18d之间的空隙S的大小所左右。
在这种永磁发电机中，磁通控制环7d检测出输出侧的负载电压，进而，例如，利用电位器容易地检测出相对于定子2d的位置，将该位置信息输入到控制器，响应于该信息，借助控制器，作为致动器8d的马达48d动作，通过一种蜗轮26d，旋转磁通控制环7d，控制从永磁铁6d通向定子2d的磁通密度，使发电电压恒定。致动器8d，例如，马达48d的输出轴通过齿轮传输装置旋转蜗杆轴36d，设置在蜗杆轴36d上的作为螺旋齿轮的蜗轮25d旋转。蜗杆轴36d，通过轴承等可自由旋转地支承在轴4d的支承杆37d上。磁通控制环7d由支承杆37d相对于轴4d可摆动地支承着。支承杆37d，例如，贯通设置在轴4d的环状部上的长孔，用螺钉44d固定到旋转轴39d的一端上。在旋转轴39d的另一端上，固定有摆动杆23d，在摆动杆23d上设置与蜗杆25d啮合的蜗杆啮合部24d(蜗轮的一部分)。当通过蜗杆25d旋转蜗杆啮合部24d摆动即旋转时，跟随蜗杆啮合部24d的旋转，磁通控制环7d成为相对于定子2d旋转即摆动。
永磁构件由永磁铁6d和非磁性材料38d构成，该永磁铁6d沿周向方向间隔开配置成极性交替的不同状态、且沿轴向方向延伸设置，该非磁性材料38d加装在相邻的永磁铁6d之间。永磁铁6d内外表面形成圆弧面，沿周向方向配置多个。此外，树脂等非磁性材料由不会因线圈12d发热而熔化损坏的耐热性材料构成。此外，导磁性构件的磁轭构件13d，例如，将导向材料和非磁性材料沿周向方向交替配置，形成沿轴向方向延伸的圆筒状。
这种永磁发电机，响应于转子1d的旋转速度，根据控制器的指令，致动器8d动作，使磁通控制环7d相对于定子2d摆动，控制从永磁铁6d流向定子2d的磁通，例如使发电电压恒定。即，这种永磁发电机，根据控制器的指令，使磁通控制环7d相对于定子2d摆动，控制磁通控制前端部18d的接触的外表面35d，与梳部17d的接触面的内表面34d对置的面积即接触面积。当根据控制器的指令，致动器动作，设置在磁通控制环7d上的蜗杆啮合部24d的支承杆37d摆动，磁通控制环7d相对于定子2d摆动时，调整磁通控制前端部18d的外表面35d与前端部15d的内表面34d的紧密接触状态，从而控制从磁通控制环7d的磁通控制前端部18d流向定子铁心11d的前端部15d的磁通。
控制器，例如，在转子1d的低速时，如图20(B)所示，使致动器8d动作，进行使磁通控制前端部18d与前端部15d的接缝处于匹配状态的控制，此外，在转子1d的高速时，如图20(A)所示，使致动器8d动作，旋转磁通控制环7d，以使磁通控制前端部18d和前端部15d相互偏移并与凹状槽21d、22d对置而移动，进行使磁通退磁的控制，能够使其发出恒定电压的电。即，控制器为了使作为转子1d相对于定子2d的旋转速度的频率f和流过定子2d的梳部17d的前述输出端子电压E恒定，利用致动器8d使磁通控制环7d摆动，进行控制使其发电电压为预先决定的规定的恒定电压(E＝Ws·Φ·f-I·〔R12+R22+(2πfL)2〕1/2)。从而，利用控制器的控制，磁通控制环7d移动，在磁通控制环7d的磁通控制前端部18d位于定子铁心11d的梳部17d之间的凹状槽21d的位置处的状态下，如图20(A)所示，在前端部15d的倒角部19d与磁通控制前端部18d的倒角部20d之间，以高精度形成空隙S，成为最大地抑制从转子1d流向定子2d的磁通的状态。
根据本发明的永磁发电机，能够适用于设置在负载变化的汽车，复合式汽车等车辆，冷冻机，制冷冷藏车，液压驱动器械装载车，大型医疗器械装载车，电子通信器械装载车等的装载各种辅机的车辆等的发动机上的发电机，设置在固定式热电联供系统的发动机上的发电机，风力发电机，或者连接到输出轴旋转变化的发动机，乏汽汽轮机，汽轮机，燃烧器等驱动源上的发电机，能够适用于回收排放气体能量的涡轮充电器及设置在能量回收这种上的发电机。
权利要求
1.一种永磁发电机，其特征在于，它包括转子，该转子配备有可旋转地支承在安装体上的旋转轴和在该旋转轴上沿周向方向配置多个永磁片的永磁构件；定子，该定子配备有卷绕到相对于前述转子固定到前述安装体上并且借助狭槽沿周向方向间隔设置的梳部上的线圈；磁通控制环，该磁通控制环与前述定子对置地设置、并且可摆动地安装到前述安装体上；致动器，该致动器使前述磁通控制环相对于前述定子旋转摆动；以及控制器，该控制器借助前述致动器使前述磁通控制环相对于前述定子旋转摆动、而控制通过磁路的磁通，在前述磁通控制环上，设置与前述定子对置的多个梳状齿部，在前述定子上，设置与前述梳状齿部对置、并且与前述梳状齿部对应数目的梳状前端部，在形成在前述磁通控制环的前述梳状齿部的周向方向的两个拐角部上的第一倒角部和形成在前述定子的前述梳状前端部的周向方向的两个拐角部上的第二倒角部之间，形成成为由前述控制器控制的磁路空隙的余隙。
2.如权利要求1所述的永磁发电机，其特征在于，前述磁通控制环由前述梳状齿部和连续体的圆筒部形成，前述梳状齿部位于前述定子的前述梳状前端侧、且沿周向方向依次排列配置，前述连续体的圆筒部位于前述转子侧、与前述梳状齿部成一整体地构成，前述第一倒角部和前述第二倒角部实际上分别形成45°的倒角。
3.如权利要求1所述的永磁发电机，其特征在于，前述定子的前述梳状前端部和前述磁通控制环的前述梳状齿部的接触面形成相同的宽度，前述梳状前端部之间与前述梳状齿部之间的各自的凹状槽的宽度，分别形成大于前述接触面的宽度。
4.如权利要求1所述的永磁发电机，其特征在于，当前述第一倒角部和前述第二倒角部之间的空隙设为t1，前述定子的前述梳状前端部和前述梳状齿部的底部之间的空隙设为t2，前述梳状齿部的前述底部的突起之间的空隙设为t3，以及，前述磁通控制环的前述梳状前端部和前述定子的桥部之间的空隙设为t4时，具有t3＜t1＜t2，t4的关系。
5.如权利要求1所述的永磁发电机，其特征在于，前述安装体由机壳构成，前述定子在前述转子的外周侧固定到机壳上，前述磁通控制环配置在前述转子和前述定子之间；前述转子包括，前述旋转轴，沿前述旋转轴的周向方向呈环状固定的导磁性构件，邻接地配置在前述导磁性构件的外周上的前述永磁构件，以及用于保持前述永磁构件、与前述永磁构件的外周面接触并嵌合固定的保持管；前述保持管，沿长度方向延伸的导磁性金属板和沿长度方向延伸的非导磁性金属板沿周向方向交替地依次排列设置，在长度方向相互接合，前述非导磁性金属板分别位于邻接配置的前述永磁片的邻接交界部上。
6.如权利要求5所述的永磁发电机，其特征在于，前述导磁性金属板的宽度，实际上形成为前述非导磁性金属板的宽度的2倍的大小，前述导磁性金属板覆盖前述永磁片的圆周方向的宽度的65～85％。
7.如权利要求5所述的永磁发电机，其特征在于，前述导磁性金属板由铁素体，马氏体系不锈钢或者碳钢形成，前述非导磁性金属板由奥氏体系不锈钢形成。
8.如权利要求5所述的永磁发电机，其特征在于，构成前述保持管的前述导磁性金属板和述非导磁性金属板交替地配置，且相互通过焊接接合，并形成前述导磁性金属板和前述非导磁性金属板交替地位于周向方向上的圆筒状。
9.如权利要求5所述的永磁发电机，其特征在于，一个前述永磁片的圆弧面对应的前述导磁性金属板，对应地位于3个以上的前述定子的前述梳部，使得前述永磁构件的磁通集中到前述导磁性金属板上。
10.如权利要求5所述的永磁发电机，其特征在于，前述磁通控制环通过将导磁性的硅钢片和/或镍-铁系合金板的板材层叠而构成，前述板材由树脂材料或陶瓷材料的绝缘构件相互粘结。
11.如权利要求5所述的永磁发电机，其特征在于，前述定子由构成内定子铁心的梳状圆筒构件和配合到前述内定子铁心的外周面上的构成外定子铁心的外筒构件构成；前述梳状圆筒构件由以下部分构成连接相邻的前述梳部的桥部，位于前述桥部的外侧、卷绕前述线圈的外侧梳部，以及位于前述桥部的内侧、与前述磁通控制环对置的内侧的前述梳状前端部。
12.如权利要求11所述的永磁发电机，其特征在于，前述定子为了提高前述线圈的填充率，将前述线圈通过前述梳状圆筒构件的前述梳部之间的外侧开口卷绕到前述梳部上之后，将前述外筒构件配合到前述梳状圆筒构件的外周面上。
13.如权利要求11所述的永磁发电机，其特征在于，前述梳状圆筒构件，将板材留下构成桥部的部分从两侧进行冲裁，形成由前述内侧梳部和前述外侧梳部组成的前述梳部，将前述板材弯曲成圆形，将其两端接合成形为梳状圆板构件，将前述梳状圆形板构件多个叠层而形成。
14.如权利要求11所述的永磁发电机，其特征在于，在构成前述定子的前述梳状圆筒构件的前述梳部与在对应于前述梳部的部分上设置槽的前述外筒构件的配合面上，为了降低磁路的磁阻，注入埋设糊状铁粉。
15.如权利要求1所述的永磁发电机，其特征在于，前述安装体由机壳构成，前述定子在前述转子的外周侧固定到前述机壳上，前述磁通控制环配置在前述转子和前述定子之间，前述定子配具有将前述梳部的内周侧端部分别沿周向方向连接的桥部和从前述桥部的内周面向内侧延伸且比前述梳部的齿部的齿数少的齿数的集中部，前述集中部形成在前述梳状前端部上，此外，前述磁通控制环由薄板的叠层体构成，该薄板的叠层体具有与前述定子的前述梳状前端部的齿数对应的前述梳状齿部和分别沿周向方向连接前述梳状齿部的圆筒部。
16.如权利要求15所述的永磁发电机，其特征在于，为了使前述永磁构件的退磁控制有效，前述定子的前述集中部的齿数形成为前述梳部的齿数的一半，前述1个集中部对应于2个前述梳部。
17.如权利要求15所述的永磁发电机，其特征在于，由薄板的叠层体构成筒状，该薄板的叠层体的构成为将前述定子的前述梳部的齿数形成36个，沿圆周方向形成36个前述狭槽，将前述磁通控制环的前述梳状齿部的齿数形成18个，使得1个前述梳状齿部对应于2个前述梳部。
18.如权利要求15所述的永磁发电机，其特征在于，前述定子的前述集中部和前述磁通控制环的前述梳状齿部的前端面形成相同的宽度，前述集中部之间和前述梳状齿部之间的凹状槽分别形成比前述前端面的宽度大的宽度，前述控制器，在使前述磁通容易通过的情况下，使前述前端面相互配合，在将前述磁通退磁的情况下，使前述前端面处于相互偏移的状态，此外，在前述集中部与前述梳状齿部位于前述凹状槽的中央的状态下，在前述集中部与前述梳状齿部的各自的两侧，形成相同的空隙，将前述磁通最大地退磁。
19.如权利要求15所述的永磁发电机，其特征在于，前述永磁构件为了发出三相交流电，在前述旋转轴的周向方向配置6个或12个前述永磁片，构成6极或12极。
20.如权利要求15所述的永磁发电机，其特征在于，构成前述定子的定子铁心由外周侧开放型的内定子铁心以及圆筒状的外定子铁心构成，前述内定子铁心是由前述梳部、前述桥部及前述集中部组成的，前述外定子铁心在内周面上分别形成配合到前述梳部的外端部的配合槽，前述桥部的宽度形成为前述梳部的宽度的1/5以下的尺寸。
21.如权利要求20所述的永磁发电机，其特征在于，为了提高前述线圈的填充率，前述定子为将前述线圈通过前述内定子铁心的前述梳部之间的外侧开口卷绕到前述梳部上、将前述外定子铁心嵌合到前述内定子铁心的外周面上而构成的双重结构。
22.如权利要求15所述的永磁发电机，其特征在于，前述转子的的构成为在外周面形成圆弧面的前述永磁片相邻地配置在沿前述旋转轴的周向方向呈环状固定的导磁构件的外周上；为了保持前述永磁构件具有与前述永磁构件的外周面接触嵌合固定的保持管。
23.如权利要求15所述的永磁发电机，其特征在于，前述磁通控制环，借助由前述控制器控制的作为致动器的步进马达或直流马达且通过蜗轮旋转，开设前述集中部与前述梳状齿部的余隙，控制流向前述定子的磁通，使发电电压恒定。
24.如权利要求1所述的永磁发电机，其特征在于，前述安装体由机壳构成，前述定子在前述转子的外周侧固定到前述机壳上，前述磁通控制环配置在前述转子和前述定子之间，卷绕到前述定子的前述梳部上的前述线圈具有常用线圈和低速线圈；该常用线圈将与前述永磁构件的N极对抗的U、V及W相3个N线圈，和与该N线圈的卷绕方向相反地卷绕的、与前述永磁构件的S极对抗的U、V及W相的3个S线圈分别并联连接；该低速线圈将与前述永磁构件的N极对抗的U、V及W相3个N线圈，和与该N线圈的卷绕方向相反地卷绕的、与前述永磁构件的S极对抗的U、V及W相的3个S线圈分别并联连接，前述低速线圈通过第一开关分别连接于前述常用线圈，前述低速线圈的输出端子分别连接到负载上，前述常用线圈的输出端子通过第二开关分别连接到前述负载上。
25.如权利要求24所述的永磁发电机，其特征在于，前述常用线圈和前述低速线圈的前述U、V及W相的前述N线圈和前述S线圈是电角度偏移120度那样地分别卷绕到前述定子的前述梳部之间。
26.如权利要求24所述的永磁发电机，其特征在于，前述控制器响应于驱动旋转前述转子的发动机等驱动源在怠速等的低速运转进行控制，使得前述3个第一开关接通，3个前述第二开关断开。
27.如权利要求26所述的永磁发电机，其特征在于，前述控制器响应于前述驱动源的中速运转进行控制，使得3个前述第一开关断开，3个前述第二开关接通。
28.如权利要求27所述的永磁发电机，其特征在于，前述控制器响应于前述驱动源的高速运转进行控制，使得3个前述第一开关断开，前述第二开关中的任何一个接通，其余的开关断开。
29.如权利要求24所述的永磁发电机，其特征在于，前述磁通控制环形成圆筒状的整体，将沿周向方向间隔配置且具有比前述定子的前述梳部之间的前述狭槽的宽度小的宽度的、截面为方形的梳状齿部，与形成在连接相邻的前述梳状齿部的桥部上的非导磁部的凹部交替地排列配置而成。
30.如权利要求24所述的永磁发电机，其特征在于，构成前述定子的定子铁心由内定子铁心和外定子铁心构成，其中，前述内定子铁心由为了形成狭槽而沿周向方向间隔配置的梳部、连接相邻的前述梳部的桥部，以及从前述桥部向内延伸的沿圆周方向间隔配置的梳状集中部构成，前述外定子铁心嵌插到前述内定子铁心的外侧，形成磁路。
31.如权利要求1所述的永磁发电机，其特征在于，前述安装体由配备安装部的轴构成；前述定子安装到前述轴上；前述定子配备有面向前述定子的外周侧、可旋转地支承在前述轴上的旋转支承体，固定在前述旋转支承体上的圆筒状磁轭构件，以及，在前述圆筒状磁轭构件的内侧沿周向方向配置的多个前述永磁片；前述磁通控制环可摆动地安装在前述轴上；在前述转子的前述圆筒状磁轭构件的外面，设置用于安装风力叶轮机的风力叶轮机安装部。
32.如权利要求31所述的永磁发电机，其特征在于，前述定子的前述梳部具有在外侧开口的向外开的开口，前述定子的前述齿状前端部构成为在内侧由凹状槽间隔设置，并使得流过相邻的2个前述梳部的磁通集中起来；相邻的前述齿状前端部通过桥部连接，为了抑制前述梳部之间的磁通流，前述桥部形成比前述梳部的宽度薄的厚度。
33.如权利要求31所述的永磁发电机，其特征在于，前述转子的前述旋转支承体由可旋转地支承在前述轴上的一对组成，前述磁轭构件由位于前述旋转支承体之间的导磁性材料形成圆筒状，前述永磁片在前述磁轭构件的内面侧沿周向方向间隔配置，沿轴向方向延伸且内周面形成圆弧面。
34.如权利要求31所述的永磁发电机，其特征在于，前述磁通控制环由松配合到前述轴上的内周侧的圆筒状磁轭部，和沿前述圆筒状磁轭部的周向方向间隔配置、向外延伸且具有与前述定子的前述梳状前端部的齿数相同齿数的前述梳状齿部形成，前述磁通控制环位于前述定子的最内侧，可摆动地配置在前述轴和前述定子之间，以形成构成前述定子的前述梳部之间的前述磁路的部分。
35.如权利要求31所述的永磁发电机，其特征在于，在前述磁通易于通过前述磁路的情况下，前述接触面处于相互匹配状态；在磁通难以通过前述磁路退磁的情况下，前述接触面处于相互偏移的状态；在前述梳状前端部与前述梳状齿部相互位于前述凹状槽的中央的状态下，在前述梳状前端部与前述梳状齿部的各自的两侧，形成相同的空隙，将前述磁通最大地退磁。
36.如权利要求31所述的永磁发电机，其特征在于，使前述磁通控制环相对于前述定子摆动的前述致动器，由固定到前述磁通控制环上的摆动杆，由与设置在述摆动杆上的齿轮啮合的蜗杆组成的蜗轮，以及驱动旋转前述蜗杆的马达构成。
37.如权利要求36所述的永磁发电机，其特征在于，前述磁通控制环，利用由前述控制器控制驱动的前述致动器，通过前述蜗轮旋转摆动，改变前述梳状前端部与前述梳状齿部的前述余隙，控制通过前述定子的前述磁路的前述磁通，将发电电控制在恒定电压。
全文摘要
这种永磁发电机，在定子上设置梳状前端部，在与定子对置地设置的磁通控制环上设置梳状齿部。使磁通控制环旋转摆动，使梳状齿部相对于梳状前端部的对置面积变化，抑制通过磁路的磁通，发出恒定电压的电力。在梳状齿部和梳状前端部的周向方向的两个拐角部上形成倒角部，准确地形成磁路空隙的余隙。
文档编号H02K21/00GK1610222SQ20041003842
公开日2005年4月27日 申请日期2004年4月26日 优先权日2003年4月28日
发明者河村英男, 深尾正, 加茂坂光伸 申请人:富士陶瓷技术株式会社